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半导体光刻与图形化制程方案

光刻胶精密输送 → 显影液均匀供给 → BARC/TARC超薄膜 → 晶边清洗溶剂 — 无气泡·无脉动·宽粘度·耐溶剂,适配EUV 5nm/3nm节点

▼ 行业背景与工况挑战
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半导体光刻与图形化制程方案


光刻工艺是半导体制造的核心环节,占晶圆制造总成本的 30%–35%。从光刻胶旋涂到显影工艺,从抗反射涂层到晶边清洗,每一步化学药液的输送精度直接决定图形分辨率、CD 均匀性和缺陷密度。随着 EUV/ArF 光刻推向 5 nm/3 nm 节点,光刻胶、显影液、BARC/TARC 等化学药液的输送要求已达到纳升级精度与零缺陷标准。光刻化学药液具有高粘度(5–200 cP)、光敏性、溶剂腐蚀性(PGMEA/PGME/Cyclohexanone)、极度气泡敏感等特征,对输送泵提出了标杆级的技术挑战。



▼ 典型工艺痛点与 JONSN 解决方案
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光刻胶精密计量与气泡控制,微小气泡即可导致涂布缺陷
光刻胶(Photoresist)是光刻工艺最核心的材料,典型粘度 5–200 cP,对气泡极度敏感——即使是 μm 级的微气泡在旋涂过程中破裂,也会在晶圆表面形成针孔/彗形缺陷(comet defect),直接导致图形短路或断路。传统 Bellows 泵、隔膜泵在吸入行程中易产生负压气蚀,且脉动流导致涂布膜厚不均。

解决方案: 无气泡、无脉动光刻胶精密输送

· JONSN MPG 系列磁力驱动微型齿轮泵,采用渐开线齿形设计,输出无脉动,避免脉动流导致的膜厚波动
· 齿轮副精密啮合配合正排量设计,无吸入行程负压,从原理上消除气蚀和气泡产生条件
· 每转排量 40 μl/r,配合伺服电机闭环控制,单次旋涂计量精度 ≤ ±0.3%,光刻胶浪费率降低至 <1%
· 可配套光刻胶回温系统,精确控制输送温度 ±0.1°C,确保粘度和膜厚一致性

推荐配置: JONSN MPG 系列,40 μl/r,无脉动无气泡,计量精度 ≤ ±0.3%,光刻胶浪费率 <1%


显影液浓度与流量波动,CD 均匀性失控
显影工艺对 TMAH(2.38%)显影液的浓度、温度和流量均极为敏感。显影液流量的 ±2% 波动即可导致 CD(Critical Dimension)偏差超过 1 nm,严重时造成显影不均(DIU)和 LER(线边缘粗糙度)超标。传统隔膜泵、磁力泵的脉动流和流量漂移难以满足 5 nm 以下节点的严格要求。

解决方案: 显影液精密供给与浓度管理

· JONSN MRA 系列中流量微型齿轮泵(100–2000 ml/min),无脉动输送,流量重复精度 ≤ ±0.5%
· 可配套在线浓度传感器和温控模块,实现显影液浓度闭环控制,CD 均匀性提升 20%–30%
· 多泵头并联方案实现显影液 + 清洗液(DIW)的轮流供给,各通道独立精确控制
· 全流道耐碱材料(316L/PTFE/PEEK),长期耐受 TMAH/KOH 显影液的碱性腐蚀(pH 13+)

推荐配置: JONSN MRA 系列,100–2000 ml/min,无脉动输送,流量精度 ≤ ±0.5%,配套浓度闭环控制


抗反射涂层 BARC/TARC 超薄膜均匀涂布
BARC(底部抗反射涂层)和 TARC(顶部抗反射涂层)是先进光刻工艺中控制驻波效应和反射干扰的关键材料,典型膜厚仅 20–100 nm。BARC/TARC 涂布膜厚的微小波动即可导致光刻胶图形的驻波表现恶化,特别是 EUV 光刻对膜厚均匀性的敏感度远高于 DUV。同时,BARC 材料通常含有丙二醇甲醚醋酸酯(PGMEA)、环己酮等有机溶剂,对泵体密封和材料兼容性要求严格。

解决方案: BARC/TARC 无脉动精密涂布供液

· JONSN MPG 系列提供 1–280 ml/min 无脉动输送,与旋涂机(Coater)同步联动,确保每片晶圆的 BARC/TARC 涂布量一致
· 齿轮副精密啮合配合无死区设计,流道内残留量 <0.1 ml,有效减少 BARC/TARC 材料浪费和交叉污染风险
· 提供 PTFE/PEEK 全流道方案,全面耐受 PGMEA、环己酮、乳酸乙酯(EL)等有机溶剂,无溶胀、无渗漏
· 可配套在线膜厚测量仪反馈,实现 BARC 膜厚闭环控制,膜厚均匀性 ≤ ±1 nm (3σ)

推荐配置: JONSN MPG 系列,40 μl/r,PTFE/PEEK 全流道,无死区残留 <0.1 ml,耐有机溶剂


晶边清洗溶剂腐蚀性强,泵体材料溶胀、泄漏风险高
EBR(Edge Bead Remover)和晶边/背面清洗溶剂通常为 PGMEA、PGME、丙二醇甲醚(PM)等强有机溶剂,具有强溶解能力和低表面张力,对普通泵体的密封圈、隔膜、润滑油等产生严重溶胀和腐蚀。传统泵在有机溶剂环境下寿命通常不足 3–6 个月,密封失效导致的溶剂泄漏不仅浪费成本高昂的化学药液,更严重的是污染洁净室环境和威胁人员安全。

解决方案: 全溶剂兼容、零泄漏晶边清洗液供给

· JONSN MRA 系列采用磁力耦合静态密封设计,无动态密封圈接触溶剂,从根本上消除密封溶胀和泄漏风险
· 可提供全 PTFE/PEEK 流道方案,PGMEA/PGME/PM/Cyclohexanone 等所有常见光刻溶剂均可安全输送,无溶胀、无形变
· 紧凑体积设计,可集成于 Coater/Developer 设备内部的狭小空间,减少管路长度和接头数量
· 可选配 EPDM/FFKM 静态密封圈,全流道耐溶剂等级,设计寿命 >24 个月

推荐配置: JONSN MRA/MPG 系列,磁力密封零泄漏,全 PTFE/PEEK 流道,全溶剂兼容,设计寿命 >24 个月


光刻胶粘度范围宽,厚胶工艺供液困难
半导体封装、MEMS、功率器件等领域常用厚光刻胶(50–200 μm 膜厚),其粘度可达 500–5000 cP,远高于标准 i-line/KrF 光刻胶的 5–50 cP。传统隔膜泵、螺杆泵在高粘度下流量衰减明显,且旋涂过程中粘度随前期变化导致膜厚不可控。同一台 Coater 常需切换不同粘度的光刻胶,对泵的粘度适应范围提出了更高要求。

解决方案: 宽粘度范围光刻胶输送系统

· JONSN DP 系列大排量齿轮泵(0.2–100 cc/r),可处理粘度范围 1–50,000 mPa·s,轻松应对厚胶工艺
· MPG/MRA 系列覆盖低粘度(5–200 cP)标准光刻胶,DP 系列覆盖高粘度厚胶,形成完整产品矩阵
· 齿轮副间隙可根据粘度定制优化,确保不同粘度下均维持高容积效率(>90%)
· 可配套加热套降低光刻胶粘度,确保低温输送时的流动性和计量精度

推荐配置: JONSN DP 系列(厚胶) + MPG/MRA 系列(标准胶),宽粘度矩阵覆盖 5–5000 cP


▼ JONSN 光刻与图形化制程推荐产品矩阵
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产品系列

排量/流量范围

核心特点

光刻制程典型应用

材料与工况适应性

MPG

40 μl/r
1–280 ml/min

• 超精密计量
• 无脉动无气泡
• 计量精度 ≤ ±0.3%
• 残留量 <0.1 ml

• 光刻胶精密涂布
• BARC/TARC 供液
• 晶边清洗溶剂

PTFE/PEEK 全流道
粘度 1–200 cP
≤80°C

MRA

100–2000 ml/min

• 中流量主供液
• 无脉动输送
• 磁力密封零泄漏
• 多泵头并联可行

• 显影液供给
• 显影液循环过滤
• 废液排放

316L/PTFE/PEEK
pH 2–14
≤80°C

MRA-S

100–2000 ml/min

• 全溶剂兼容型
• 全 PTFE/PEEK 流道
• FFKM 静态密封
• 设计寿命 >24 月

• EBR/晶边清洗溶剂
• PGMEA/PGME/PM 输送
• 光刻胶溶剂系统

PTFE/PEEK/FFKM
全有机溶剂兼容
≤80°C

MPG/MRA-UP

1–2000 ml/min

• 超纯型
• 金属溶出 ≤ 1 ppb
• SEMI F57 兼容
• 无脉动输送

• EUV 光刻胶供液
• 先进制程关键步骤
• 金属污染敏感工序

PTFE/PEEK 全流道
SEMI F57/F104
粘度 1–200 cP

DP

0.2–100 cc/r

• 大排量/高粘度
• 粘度范围 1–50,000 mPa·s
• 可配加热套
• 容积效率 >90%

• 厚光刻胶输送
• 封装用光刻胶
• SU-8/MEMS 胶

316L/哈氏合金
粘度 1–50,000 mPa·s
≤150°C


▼ JONSN 光刻制程方案核心价值
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▸ 无气泡无脉动输送:MPG 系列渐开线齿形 + 磁力驱动,从原理上消除气蚀和脉动流,光刻胶涂布缺陷密度降低至 <0.01 /cm²,光刻胶浪费率 <1%。

▸ 纳升级计量精度:40 μl/r 超小排量配合伺服闭环控制,单次旋涂计量精度 ≤ ±0.3%,为 CD 均匀性和膜厚控制提供精密流体基础。

▸ 宽粘度全覆盖:MPG/MRA 覆盖标准光刻胶(5–200 cP),DP 系列覆盖厚胶(500–5000 cP),一站式满足 i-line/KrF/ArF/EUV 各代光刻胶输送需求。

▸ 全溶剂兼容与零泄漏:磁力耦合静态密封 + 全 PTFE/PEEK/FFKM 材料体系,完全兼容 PGMEA/PGME/PM/Cyclohexanone/EL 等所有光刻溶剂,零泄漏、零污染。

▸ 多通道独立控制:多泵头并联方案实现光刻胶/BARC/显影液/EBR 多种化学药液的独立输送,各通道流量独立可调、互不干扰。

▸ 超纯级污染控制:MPG/MRA-UP 超纯型金属离子溶出 ≤ 1 ppb,SEMI F57/F104 兼容,满足 EUV 光刻对化学药液纯度的极致要求。

▼ 结语
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光刻工艺是半导体制造的“灵魂”,而光刻胶、显影液、BARC/TARC、晶边清洗溶剂等化学药液的精密输送是“灵魂”的“血管”。JONSN 凭借 MPG/MRA/DP 全系列微型齿轮泵的无气泡、无脉动、宽粘度、耐溶剂、超纯五大核心能力,为光刻制程提供了从光刻胶精密涂布到显影液均匀供给、从 BARC/TARC 超薄膜涂布到晶边溶剂清洗的完整流体输送方案。无论是成熟的 i-line/KrF 工艺还是最前沿的 EUV 先进制程,JONSN 均能提供可靠的化学药液输送保障,助力晶圆从光刻到图形化的每一步精准可控。